초파리 뇌로 로또 번호를 뽑았더니, 좋아하는 번호가 있었다

어떻게 했나

• 뇌 지도: 미국 HHMI Janelia 연구소가 공개한 초파리 뇌 지도(hemibrain v1.2)에서 냄새 기억 회로만 떼어 냈습니다. 냄새 신경 131개, 냄새를 기억하는 뇌세포 1,927개, 전체를 눌러 주는 억제 신경 1개입니다.
• 번호: 냄새를 기억하는 뇌세포 1,927개를 45반으로 나누고, 반마다 1~45번을 붙였습니다(반마다 42~43개).
• 냄새: 초파리 더듬이에서 냄새를 받는 칸 58곳 중 6곳을 골라 0.2초 동안 냄새를 줍니다. 실제 초파리처럼 뇌세포의 8.4%만 반응하도록 맞췄습니다.
• 냄새를 10,000가지 바꿔 가며 맡게 하고, 냄새마다 번호 6개를 골랐습니다. 사이트의 ‘초파리 뇌가 고른 번호’와 똑같은 코드입니다.

그냥 많이 반짝인 반을 고르면

가장 단순한 방법은 냄새를 맡았을 때 가장 많이 반짝인(신호를 낸) 반 6개를 고르는 것입니다. 공정한 추첨이라면 번호마다 약 1,333번씩, 대부분 1,267~1,400번 사이에서 뽑혀야 합니다.

결과는 전혀 공정하지 않았습니다. 28번은 2,793번 뽑혔고 40번은 335번에 그쳤습니다. 45개 중 40개가 공정한 범위(회색 띠) 밖입니다.

이유는 반마다 타고난 성격이 달라서입니다. 냄새가 무엇이든 늘 많이 반짝이는 ‘수다쟁이 반’이 있고, 늘 조용한 반이 있습니다. 냄새 1만 가지의 평균을 보면 28번 반은 한 번에 평균 31.8번 반짝였고, 43번 반은 13.5번이었습니다. 두 배가 넘습니다. ‘그냥 많이 반짝인 반’을 고르면 결국 수다쟁이 반을 고르게 됩니다(평소 반짝임과 뽑힌 횟수의 상관 0.98).

수다쟁이 반이 왜 수다스러운지는 일부만 설명됩니다. 냄새 신경과 이어진 연결(시냅스)이 많은 반이 조금 더 수다스럽긴 하지만, 상관은 0.32로 약했습니다. 뇌세포 하나하나가 몇 개의 냄새 칸에서 신호를 받는지, 억제 신경에 얼마나 눌리는지가 함께 얽혀 있습니다.

버릇을 고치려 했더니, 반대 버릇이 생겼다

그래서 사이트에서는 ‘평소보다 몇 배 반짝였나’로 고르기로 했습니다. 수다쟁이 반은 평소 기준도 높으니, 이번 냄새에 정말 들뜬 반만 뽑힐 것이라 생각했습니다.

쏠림은 크게 줄었지만 사라지지 않았습니다. 그리고 순위가 뒤집혔습니다. 이번에는 43번이 1,694번으로 가장 많이 뽑혔는데, 43번은 앞의 방법에서 45개 중 아래에서 5번째였던 조용한 반입니다. 반대로 수다쟁이였던 28번은 1,065번으로 아래쪽에 있습니다.

조용한 반은 평소 반짝임이 적어서, 어쩌다 몇 번만 더 반짝여도 ‘평소의 몇 배’가 크게 뛰어오릅니다. 반짝임이 들쭉날쭉한 반일수록 더 자주 뽑혔습니다(들쭉날쭉한 정도와 뽑힌 횟수의 상관 0.76). 버릇 하나를 고치면 다른 버릇이 드러나는 셈입니다.

같은 조합을 또 고른다

초파리는 냄새 10,000가지 중 같은 조합을 두 번 이상 고른 경우가 172개였고, 한 조합은 5번이나 골랐습니다(6 9 16 25 34 41). 아무렇게나 1만 게임을 뽑으면 같은 조합이 겹치는 일은 평균 6번 정도입니다.

이것은 제1편과 제2편에서 본 사람과 챗봇의 모습과 닮았습니다. 좋아하는 번호가 있는 쪽은 서로 같은 조합을 고르기 쉽고, 1등이 되면 당첨금을 나눠 갖게 됩니다. 1등이 될 확률 자체는 어떤 조합이든 1/8,145,060으로 같습니다.

진짜 추첨기와 비교하면

제4편에서 한국 로또 추첨기 1,244회를 검정했을 때는 모든 번호가 공정한 범위 안에 있었습니다. 초파리 뇌는 연결이 무작위에 가깝다는 회로(Caron 외, Nature 2013)를 썼는데도, 뇌세포마다 다른 성격 때문에 좋은 추첨기가 되지 못했습니다. 무작위로 연결된 것과 무작위로 고르는 것은 다른 일이었습니다.

이번 주, 초파리에게 1만 게임을 맡겼다

버릇이 있는 초파리는 실제 추첨에서 어떤 성적을 낼까요. 1245회에는 초파리 뇌가 고른 1만 게임(2,000세트)을 추첨 전에 봉인해 두고, 추첨이 끝나면 1~5등을 그대로 채점합니다. 번호표를 넣으면 누구나 초파리가 다시 골라 같은 번호인지 확인할 수 있습니다. 초파리 공개 실험 보기 ›